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[IT뉴스]105억 년 전 '태양 160조 배' 은하단 암흑물질 지도 재구성

온카뱅크관리자

2026-03-04 18:07:29

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 <img alt="미국 항공우주국(NASA) 제임스 웹 우주망원경으로 관측한 XLSSC 122 은하단 중심부. 타원으로 표시한 천체는 은하단 뒤편에 위치한 배경 은하다. 연세대 제공" class="thumb_g_article" data-org-src="https://t1.daumcdn.net/news/202603/04/dongascience/20260304180604412wwdb.png" data-org-width="680" dmcf-mid="KtTtXjZvdv" dmcf-mtype="image" height="auto" src="https://img4.daumcdn.net/thumb/R658x0.q70/?fname=https://t1.daumcdn.net/news/202603/04/dongascience/20260304180604412wwdb.png" width="658">
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 미국 항공우주국(NASA) 제임스 웹 우주망원경으로 관측한 XLSSC 122 은하단 중심부. 타원으로 표시한 천체는 은하단 뒤편에 위치한 배경 은하다. 연세대 제공
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 약 100억 년 전 우주 역사상 별의 탄생과 은하 성장이 가장 활발했던 시기를 '우주의 정오'라고 부른다. 하루 중 태양이 가장 높이 떠 있는 정오처럼 우주의 진화가 가장 왕성했던 전성기를 의미한다. 거리가 너무 멀어 정밀 관측이 어려웠던 이 시기 거대 은하단의 내부 구조를 밝힌 연구가 나왔다.   연세대는 지명국 천문우주학과 교수가 이끄는 팀이 미국 항공우주국(NASA)의 제임스 웹 우주망원경(JWST) 데이터를 활용해 약 105억 년 전 거대 은하단의 암흑물질 분포를 정밀하게 재구성했다고 4일 밝혔다. 은하단은 대부분이 보이지 않는 암흑물질로 이뤄져 있다. 연구 결과는 국제학술지 '천체물리학 저널 레터스(The Astrophysical Journal Letters)'에 2편의 논문으로 각각 지난해 12월 1일과 올해 3월 1일 게재됐다. 
 연구팀은 우주의 정오 시기에 위치한 거대 은하단 'XLSSC 122'를 분석했다. 배경 은하들의 모양이 중력에 의해 미세하게 왜곡되는 '약중력렌즈' 현상을 분석해 정밀한 암흑물질 분포 지도를 복원했다.
 분석 결과 XLSSC 122는 태양 질량의 약 160조 배에 달하는 거대 구조로 확인됐다. 특히 질량이 중심부에 매우 강하게 집중된 형태를 보였다. 우주 나이가 약 30억 년에 불과했던 시기에 이미 거대 구조가 예상보다 훨씬 성숙했다는 점을 보여준다.
 최근 초기 우주에서 성숙한 천체가 이론보다 이른 시기에 등장했다는 관측 결과들이 잇따르는 가운데 이번 연구 결과는 초기 은하단의 형성과 진화 과정에 관한 이론을 재점검할 필요가 있음을 시사한다.
 연구팀은 다파장 관측을 통해 '물질 성분 간의 분리 현상'도 포착했다. 암흑물질로 추정되는 질량 중심은 X선 관측으로 확인된 고온 가스 중심과 가장 밝은 은하의 위치와 대체로 일치했다. 
 그러나 가스의 압력 분포를 추적하는 수냐예프-젤도비치(SZ) 효과를 활용한 관측에서는 질량 중심과의 위치가 약 32만 광년 어긋나 있었다.
 암흑물질과 가스 성분의 중심이 서로 어긋나는 현상은 은하단 병합 과정에서 나타날 수 있는 특징으로 알려져 있다. 연구팀은 이 점을 근거로 XLSSC 122가 105억 년 전 활발한 병합 과정을 겪고 있었을 가능성을 제시했다. 우주 초기에도 거대 구조가 역동적인 충돌과 병합을 통해 성장했음을 보여주는 사례로 해석된다.
 은하단에는 특정 은하에 속하지 않고 은하단 전체 공간을 떠도는 별빛인 '은하단 내광(Intracluster Light, ICL)'이 존재한다. 연구팀은 JWST 관측을 통해 우주의 정오 시기에도 은하단 내광의 분포가 암흑물질의 질량 분포와 공간적으로 유사한 경향을 보인다는 점도 확인됐다. 
 은하단 내광은 중력렌즈 관측이 어려운 먼 천체의 암흑물질 분포를 연구할 때 중요한 보조 지표가 될 수 있다. 중력렌즈 관측은 은하단이 너무 멀거나 질량이 낮을 경우나 뒤편에 적절한 배경 은하가 없을 경우 신호가 약해져 적용이 어렵다.
 연구팀은 강중력렌즈로 은하단 중심부의 밀도 분포와 집중도를 분석했고 약중력렌즈로 은하단 외곽 영역까지 포함한 전체 질량 분포 지도를 재구성했다. 
 잭 스코필드 박사과정생은 "강중력렌즈와 약중력렌즈 데이터를 결합함으로써 은하단의 구조를 보다 입체적으로 이해할 수 있었다"고 말했다.
 연구팀은 올해 발사 예정인 NASA의 낸시 그레이스 로만 우주망원경 관측과 결합해 초기 우주의 거대 구조 형성과 진화 과정을 보다 체계적으로 연구해 나갈 계획이다.
 &lt;참고자료&gt; - doi.org/10.3847/2041-8213/ae1d80 - doi.org/10.3847/2041-8213/ae447a
 [조가현 기자 gahyun@donga.com]
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